Atomarer Transport und die Kontrolle von Transportresonanzen in optischen Gitterpotentialen

Abstract

Der Ratscheneffekt erlaubt es, eine gerichtete Teilchenbewegung mittels einer im zeitlichen Mittel ungerichteten Kraft zu erzeugen. Da die Transporteffizienz und die Transportrichtung eines klassischen Ratschensystems oft von Eigenschaften der Teilchen wie beispielsweise Durchmesser oder Temperatur abhängt, bietet der Ratscheneffekt einen vielversprechenden Ansatz zur Modellierung molekularer Motoren oder zur Teilchenseparation. Durch den Übergang zu quantenmechanischen Systemen werden auch Eigenschaften wie die Spinorientierung der Teilchen zur Separation zugänglich. <br /> Die vorliegende Arbeit behandelt die Realisierung einer Quantenkippratsche für ultrakalte Rubidiumatome in einem zeitlich periodisch modulierten optischen Gitterpotential. Die verwendete biharmonische Modulation ermöglicht es, die räumliche und zeitliche Symmetrie des Systems zu brechen und so eine gerichtete Bewegung der Atome zu erzeugen. Für den Quantentransport der Kippratsche werden zugrunde liegende Transportsymmetrien und Abhängigkeiten wie zum Beispiel die Abhängigkeit vom Startzeitpunkt der Modulation vorhergesagt, welche im Rahmen der Arbeit experimentell untersucht und bestätigt werden. Unter Variation eines Kontrollparameters der Modulation wird eine resonante Verstärkung des atomaren Transports beobachtet, welche auf die Kopplung zwischen Floquet-Zuständen zurückzuführen ist und daher mit einer vermiedenen Kreuzung im Floquet-Spektrum zusammenfällt. Dieser Transportmechanismus führt unter Variation eines zweiten Kontrollparameters der Modulation zu einer Bifurkation der Transportresonanz aufgrund der Entkopplung der Floquet-Zustände. Die Bifurkation einer Transportresonanz wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit erstmals experimentell beobachtet. Die Messergebnisse und ergänzende numerische Simulationen demonstrieren die Kontrollierbarkeit des kohärenten Quantentransports ultrakalter Atome in diesem System. Da zur Realisierung der Quantenkippratsche eine einfache optische Stehwelle genügt, ist es in zukünftigen Arbeiten möglich, fernverstimmte optische Gitterpotentiale zu verwenden, so dass entsprechend lange Kohärenzzeiten erreicht werden können. Dies sollte die Verwirklichung von Quantenratschen im stark korrelierten Bereich ermöglichen.